考虑隔磁桥饱和的切向式永磁电机电枢磁场解析建模

为解决多层绕组结构的切向式永磁电机磁场准确计算的难题,文中基于二维子域解析建模思想提出一种考虑定子多层绕组结构和转子隔磁桥饱和效应的电枢磁密解析计算方法。该方法首先在定子槽内进行精细子域划分,以建立多层电枢绕组的矢量磁位方程,然后通过等效气隙对切向式转子铁芯隔磁桥处的饱和效应进行等效,最后结合误差校验和循环迭代,有效解决传统子域建模方法因无法考虑铁芯有限磁导率而难以对内置式永磁电机进行磁场计算的问题。文中以8极9槽和10极12槽永磁电机为例,结合不同绕组结构建立有限元解析模型,并将有限元法计算结果与解析法计算结果进行对比,验证了该方法的计算准确性和运算快速性。     

基于场路直接耦合法的电压互感器匝间短路外特性分析

发电机出口电压互感器（TV）匝间短路将在系统中产生不平衡电压导致发电机基波零序定子接地保护动作，TV故障外特性对机组稳定运行有重要意义。对此，基于Maxwell和Simplorer软件对单相电压互感器电磁转换过程仿真，建立可在每一计算步长实现场路间数据交换的场路直接耦合有限元模型，针对TV一次绕组匝数大难以直接建模，提出绕组分组技术，并设计搭建了实验平台，对有限元仿真模型的准确性进行实验验证。基于有限元特征量计算结果，分析了TV不同运行状态的电、磁特征量，并给出了基于绕组分组技术的TV匝间故障解析模型。仿真验证结果表明：TV匝间故障解析模型进行一次电流、环流等故障特征量分析准确有效。     

分数槽永磁电机永磁体谐波涡流损耗建模与分析

准确求解分数槽永磁电机电枢磁场下的永磁体涡流损耗解析解,探究谐波涡流损耗随绕组结构的变化规律是改进绕组结构抑制涡流损耗的关键。针对此问题,该文提出四层绕组电流密度建模方法,实现对三相/双三相、双层/四层绕组结构的建模。基于现有的子域模型,将四层绕组结构的槽身区域划分为上层绕组和下层绕组区域,增加上层绕组与下层绕组交界处的边界条件,确定各子域磁场的谐波系数。通过设计瞬态电枢磁场求解程序,建立涡流损耗解析模型。以四台仅绕组结构不同的10极12槽永磁电机为例,利用有限元仿真验证了损耗模型的精确性。基于该损耗模型,探究了谐波涡流损耗随绕组相数和层数的变化规律,并使用磁动势从机理上分析该规律,为改进绕组结构抑制涡流损耗的研究方向提供一些思路。     

基于柔性多层带材绕组的电磁集成技术

如何提高开关电源功率密度是电力电子行业的研究热点。本文总结了采用柔性多层带材绕组对开关电源中无源元件进行电磁集成的技术进展情况。介绍了集成的原理、在LLC谐振电路与EMI滤波器中的应用,以及一种分布式电磁元件模型。     

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计

针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法.采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电...     

PCB盘式永磁同步电机螺旋形绕组优化

印制电路板(printed circuit board,PCB)技术在盘式无铁心永磁电机中的应用大大简化了电机的生产制造工艺。PCB绕组的具体结构参数与绕组排布直接影响盘式电机的输出功率。该文基于一台应用于风力发电系统的盘式无铁心永磁同步电机,以提高其功率密度为目的,分析PCB绕组参数的约束关系和对优化目标的影响,提出通过改变绕组线宽来进行绕组优化的方案。首先建立电机的三维解析模型,推导出电机的反电动势等解析式,根据绕组结构参数计算绕组电感并分析绕组铜耗、绕组涡流损耗,以及铜耗与输出功率的关系;然后采用有限元法对电机进行仿真分析,探究绕组线宽对电机输出功率影响,仿真结果验证了解析分析的正确性。最后权衡各个影响因素,优化了电机功率密度,并设计了样机予以验证,为PCB盘式电机的设计提供一定的参考依据和实际工程价值。     

电励磁单相开关磁通电机电磁性能解析计算

开关磁通电机作为一种双凸极电机,由于复杂的磁路结构和特殊的工作方式使得电磁性能的解析计算成为难点。基于子域法建立电励磁开关磁通电机的解析模型,根据电机结构和各部分电磁性能,将求解区域划分为多个子区域,在每个子域内建立磁场的偏微分方程,根据矢量磁位通解和边界条件,建立包含积分常数的方程组,可求解得到每个子域的矢量磁位,进而可计算磁通密度、绕组磁链、感应电动势以及电磁转矩。解析法、有限元法和样机实验结果对比表明,结果非常接近,证明了解析模型的正确性。该模型能够体现结构参数对电磁性能的影响,可应用于开关磁通电机的初始设计和优化计算中。     

高频超薄载体铜箔制作及应用探究

本文以印刷电路板的电子铜箔作为研究对象，简介电解铜箔的制作原理与工艺方法，并阐述铜箔的剥离层制备技术要点，掌握铜箔表面粗化处理方式，研究降低损耗的工艺方法，从而推动高频高速印制电路板的发展。     

多相永磁电机磁场解析预测与容错控制策略

为了提高多相永磁同步电机在单相或多相绕组发生故障时的容错性能,基于傅里叶级数分析方法,建立了多相内转子表贴式永磁同步电机(SPMSM)绕组缺相不对称运行下的磁场解析计算模型,该解析计算模型能够考虑铁磁材料的非线性变化,并对气隙磁通密度、空载反电动势以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算;其次,以一台44极48槽12相SPMSM为例,通过有限元仿真分析和实验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,基于故障前后电机定子绕组合成磁动势不变的原则,提出一种多相永磁电机在单相或多相绕组开路故障下的容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,提高了多相永磁电机驱动系统的可靠性。     

基于噪声平衡原理的反激变换器CM传导噪声抵消方法研究

在反激变换器中,变压器绕组交错排布有助于减小漏感和绕组损耗,但相邻原、副边绕组间的耦合电容是传输共模(commonmode,CM)噪声电流的主要耦合路径,会引起严重的EMI问题。该文提出一种CM噪声抵消的方法,引入一组平衡绕组,设计平衡绕组与相邻副边绕组间的位移电相互抵消。建立反激变换器CM传导噪声电路模型,给出平衡绕组设计方法,以一台反激变换器为实验对象,测试并对比无屏蔽层、采用传统铜箔屏蔽及加入平衡绕组3种变压器结构下的CM传导噪声。实验结果表明,平衡绕组对CM噪声抑制效果优于无屏蔽层和传统铜箔屏蔽层结构,验证了平衡绕组抵消反激变换器CM噪声的可行性。     

12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机磁链特性及磁链建模研究

12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机(HSBSRM)的磁链是计算电磁转矩和径向悬浮力的基础,是实现电机稳定旋转和悬浮的前提。针对常规解析法建立的12/14HSBSRM磁链模型的局限性,提出了基于贝叶斯证据框架最小二乘支持向量机(LS-SVM)的磁链建模方法。通过有限元法分析了HSBSRM悬浮绕组与转矩绕组磁链的耦合关系、悬浮绕组间磁链耦合关系绕组磁链与径向位移关系、悬浮绕组磁链与转子位置角关系,建立了基于贝叶斯证据框架LSSVM的磁链模型,仿真结果表明所提方法能够快速准确的建立磁链模型。     

绕组交叉换位排布方式下高频变压器阻抗建模及谐振特性分析

高频变压器设计中通常采用初、次级绕组交叉换位排布方式来降低漏电感和交流电阻,但是绕组结构改变会同时影响变压器内部寄生电容参数大小和分布情况,进而造成宽频带谐振特性发生变化。为了明确不同交叉换位排布方式对寄生电容、频变漏电感以及谐振频率的影响规律,该文首先结合绕组的排布方式和绕制方法,建立4种典型绕组结构的分布等效电容表征模型,基于能量等效原理推导出相应绕组排布方式下六集总电容表征模型的电容解析计算式。然后,为了计及宽频区间内绕组漏电感参数的频变特性,基于电磁对偶原理建立含频变参数有损电感表征模型,并给出各项参数提取方法。在此基础上,构建不同绕组布置方式下高频变压器宽频带阻抗特性分析模型。将寄生电容、漏电感参数以及开短路阻抗特性和谐振频点计算结果与仿真和实验测量结果进行对比,验证了所提方法的有效性。     

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力.首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切向分布.基于磁场解析模型得到不同极槽配合下电机的空载反电动势和推力,探讨极槽配合、不同槽宽及绕组分布对电磁参数的影响,并用有限元法证明了解析法的正确性.该文提出的方法在保证准确度的前提下,适用于整数槽、分数槽绕组PMLSM的电磁参数计算,具有求解方法简便、计算量小、通用性好的特点,有利于电机的快速电磁设计和性能优化.     

磁悬浮汽轮机多盘转子动力学建模与参数辨识

带有圆盘的轴承–转子系统会出现附加模态,即圆盘与转轴之间的耦合振动模态。基于梁理论的二维有限元法是转子动力学解析分析主要方法之一,但难以考虑圆盘与转轴之间的耦合振动对多盘转子系统动力学特性的影响。针对磁悬浮汽轮机多盘转子结构特点,在基于欧拉伯努利梁理论的二维有限元法基础上,引入角刚度及角阻尼系数考虑盘轴耦合振动对轴承–转子系统动力学特性的影响,建立磁悬浮汽轮机电磁轴承-柔性转子系统动力学解析模型,并结合模态测试试验给出解析模型参数辨识方法。最后以某型船用磁悬浮汽轮机样机为对象,通过实验验证所提动力学建模和参数辨识方法的正确性。     

特高压交流系统三绕组自耦变压器非线性模型的研究

建立精确的自耦变压器非线性模型是对1000kV交流输电系统谐波特性进行仿真分析的基础。本文基于单相三绕组自耦变压器的电磁关系,充分考虑激磁阻抗的影响,提出了一种适用于谐波分析、易于仿真实现的单相三绕组自耦变压器的非线性模型,然后分别引入ir-u和il-u瞬时特性曲线来求解激磁阻抗,并详细介绍了曲线的数值模拟方法。结合我国晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程中的主变参数在PSCAD/EMTDC中进行了建模和仿真,证明所建立的模型能够比较准确地反映自耦变压器的饱和特性,为搭建完整的1000kV交流输电系统仿真模型和进行其谐波特性分析提供了必要条件。     

基于优化算法的变压器绕组等效电路建模

为提高基于变压器绕组等效电路计算的频率响应分析（FRA）曲线与真实绕组测量FRA曲线的一致性,本文针对一个变压器绕组实验室模型,利用多种优化算法对其等效电路参数进行优化,实现变压器绕组等效电路的准确建模。首先,基于经典变压器集总参数等效电路模型,根据节点电压矩阵算法,推导该模型的频率响应曲线计算公式,获得该绕组模型的FRA曲线。其次,基于仿真数据,利用六种优化算法得到等效电路参数的优化结果并对比,实现三种优化算法的预筛选。再次,针对多个变压器绕组模型,将选出的三种优化算法分别应用于绕组等效电路参数优化中,以适度函数值及参数偏移量最小、实测曲线与等效电路仿真曲线间的相似度最大及偏差度最小为指标,确定最佳的参数优化算法。最后,针对选出的最优算法,研究不同迭代次数对优化结果的影响,通过对比选择出最优的迭代次数,获得最优的等效电路参数,并据此建立最终的变压绕组等效电路模型。本文研究成果可为提高基于变压器绕组等效电路的FRA曲线计算准确性提供参考。     

相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态建模与仿真

同步电机是电力系统中重要的发电设备，其暂态模型是否准确直接影响系统仿真精度。为满足电力系统低频-高频不同速率暂态过程准确、快速仿真的需求，提出了相域恒阻抗同步电机移频电磁暂态仿真模型。首先，基于希尔伯特变换与坐标变换，采用解析信号重构了同步电机方程。引入移频变换，建立了离散化的诺顿电路等效暂态仿真模型。模型具有直接的机网接口。进一步通过添加额外的虚拟绕组并提出虚拟绕组参数设置方法，使电机模型导纳矩阵为恒导纳矩阵，避免了每个时间步长需更新系统导纳矩阵的问题。所提出的电机模型通过设置不同的时间步长、移动频率、虚拟绕组参数，能够同时实现准确的高频暂态过程仿真和高效的低频暂态过程仿真。最终，通过与传统电磁暂态仿真模型的对比，验证了所提出相域模型的准确性与高效性。     

变压器绕组松动机械特性研究

为研究基于振动特性的变压器故障检测方法,本文从变压器绕组的机械稳定性研究出发,通过建立变压器绕组机械动力学特性模型,利用ANSYS有限元仿真分别对变压器绕组正常和松动状态进行建模研究,得到了变压器绕组两种状态下的固有振动特性,为进一步研究变压器绕组故障检测方法打下基础。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。     

考虑多绕组耦合的Sen Transformer电磁解析模型

为剖析Sen Transformer (ST)的内部特性,提出了一种适用于三相三柱式变压器结构的考虑多绕组耦合的ST电磁解析模型。一方面,从ST的电磁耦合关系出发,基于统一电磁等值电路推导了由自感系数和互感系数构成的ST电磁耦合模型。另一方面,从ST与外接等值系统的电气连接关系出发,推导了ST的内部电压和电流的电气解析模型。进而形成了由上述电磁耦合模型与电气解析模型构成的该类考虑多绕组耦合的ST电磁解析模型。最后,借助MATLAB软件,以一个三相三柱式ST为例,通过比较其电磁解析计算结果和现有ST串联电压补偿时域仿真结果发现,仅有个别绕组电压和支路电流有较明显的差异,但幅值差异≤6%,相角差异≤7°。该结果表明,多绕组磁耦合对于此类ST影响不大,但不宜忽视;且所提模型通过其磁路的不对称性表征,能更精确地反映其内部电磁特性。